大型环形桁架式可展开天线机构设计与分析

发布时间：2017-04-21 10:04

  本文关键词：大型环形桁架式可展开天线机构设计与分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,对地观测、空间通信、深空探测、载人航天等事业的发展异常迅猛,对轻量化、大尺度、几何稳定性高的空间大型可展开天线机构的需求大大增加。大型可展开环形桁架式天线机构由于其折叠比大、刚度高、质量不随天线口径增加而大幅度增加等优点在航天工程中有越来越多的应用。因此,在太空能够顺利展开并具备足够刚度的空间大型可展开天线机构成为了保证天线系统正常工作的关键。本文在分析现有大口径可展开天线机构的基础上,总结并提出了7种可以构成环形桁架机构的基本展开单元,建立了综合评价指标及单双层环形桁架机构基频经验公式,在此基础上,进行了天线机构构型优选,创新性的提出了提高超大口径双层可展开天线机构展开后基频的设计方案。基于能量等效原理,将双层天线机构的折展单元进行等效建模,得到了表征双层天线结构动力学特性的等效连续体模型,将其与有限元分析结果进行比对,证实了该等效方法的正确性,从而简化了天线机构的力学特性分析过程。通过分析双层环形桁架节点的受力情况,得出了对角拉索预紧力的取值范围,建立相应的有限元模型,分析了含索和无索两种状态的天线机构,分别得出了各阶固有频率及其相应的模态振型,对比分析了采用对角斜拉索刚化结构的必要程度。通过对影响双层机构固有频率的因素进行灵敏度分析,得出了改善天线机构振动频率的有效措施。结合前面的分析结论,对内外层环形桁架机构进行了结构优化设计,并对双层可展开环形桁架的驱动与同步机构进行详细设计,实现了双层环形桁架重复展开与收拢功能。研制了含弹性铰链口径2m的单层环形桁架式可展开天线机构原理样机与双层单元机构原理样机,对两种样机的展开功能和动力学特性进行了试验验证。
【关键词】：双层环形桁架 大型可展开天线机构 等效模型 动力学特性
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V443.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-21
• 1.1 课题背景、来源及研究的目的和意义10-11
• 1.1.1 课题来源10
• 1.1.2 课题研究背景和意义10-11
• 1.2 大型可展开天线机构国内外发展现状11-19
• 1.2.1 空间大型可展开天线构型设计与应用11-17
• 1.2.2 空间大型可展开天线机构动力学研究现状17-18
• 1.2.3 国内外文献综述简析18-19
• 1.3 本文主要研究内容19-21
• 第2章 环形桁架式可展开天线机构构型优选21-41
• 2.1 引言21
• 2.2 环形桁架式可展开天线机构基本可展开单元的构建21-23
• 2.3 单层环形桁架式可展开天线机构的构型优选23-30
• 2.3.1 单层环形桁架机构构建23-24
• 2.3.2 单层环形桁架机构单元构型优选24-26
• 2.3.3 单层环形桁架机构动力学特性公式化建模26-30
• 2.4 双层环形桁架式可展开天线机构的构型优选30-36
• 2.4.1 双层环形桁架机构构建30-34
• 2.4.2 双层环形桁架机构单元构型优选34
• 2.4.3 双层环形桁架机构动力学特性公式化建模34-36
• 2.5 不同口径下单双层结构形式的选择36-40
• 2.6 本章小结40-41
• 第3章 大型环形桁架式可展天线机构等效动力学建模41-57
• 3.1 引言41
• 3.2 等效模型建模方法及流程41-43
• 3.3 双层环形桁架应变能与动能计算43-51
• 3.3.1 双层环形桁架单元应变能计算43-47
• 3.3.2 双层环形桁架单元动能计算47-51
• 3.4 连续梁理论的应用51-52
• 3.4.1 连续梁应变能51-52
• 3.4.2 连续梁动能52
• 3.5 双层环形桁架单元连续体等效模型建立52-53
• 3.6 计算实例53-56
• 3.7 本章小结56-57
• 第4章 大型环形桁架式可展开天线机构动力学特性有限元分析57-69
• 4.1 引言57
• 4.2 双层环形桁架节点受力分析57-60
• 4.3 双层环形桁架展开后模态分析60-63
• 4.4 双层环形桁架固有频率影响因素分析63-66
• 4.4.1 纵杆参数对频率的影响63-64
• 4.4.2 内外层横杆直径对频率的影响64-65
• 4.4.3 连系桁架杆直径对频率的影响65
• 4.4.4 斜拉索参数对频率的影响65-66
• 4.5 影响因素灵敏度分析66-68
• 4.6 本章小结68-69
• 第5章 大型环形桁架式可展开天线机构设计与原理样机研制69-82
• 5.1 引言69
• 5.2 双层环形桁架机构可展开条件分析69
• 5.3 内外层环形桁架式可展开天线机构设计69-74
• 5.3.1 内外层展开单元的展开驱动设计69-71
• 5.3.2 内外层展开单元的结构设计71-72
• 5.3.3 内外层展开单元基本几何参数的优化设计72-74
• 5.4 大型双层环形桁架式可展开天线机构设计74-75
• 5.5 内外层可展开天线机构样机研制及试验分析75-79
• 5.5.1 样机研制75
• 5.5.2 展开功能测试75-76
• 5.5.3 动力学试验76-79
• 5.6 双层可展开天线单元机构研制及试验分析79-81
• 5.6.1 样机研制与展开功能测试79-80
• 5.6.2 动力学试验80-81
• 5.7 本章小结81-82
• 结论82-83
• 参考文献83-87
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果87-89
• 致谢89

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 王钦;何星星;文援兰;;带挠性附件的航天器结构-姿态耦合动力学[J];上海航天;2011年02期

2 陈向阳,关富玲;六棱柱单元可展抛物面天线结构设计[J];宇航学报;2001年01期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 戴璐;双环可展开桁架式天线动力学分析与优化设计[D];浙江大学;2014年

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本文编号：320074